ШИНЫ И КОЛЕСА ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ И ТРАКТОРОВ - МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ« МАМИ »
А.В. Острецов,
П.А. Красавин,
В.В. Воронин
ШИНЫ И КОЛЕСА
ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ И ТРАКТОРОВ
Учебное пособие
Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных
машин и транспортно – технологических комплексов в качестве
учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности
«Автомобиле – и тракторостроение»
Москва – 2011
УДК 629.113.012.5
+ 629.113.012.3
Острецов А.В., Красавин П.А., Воронин В.В. Шины и колеса для
автомобилей и тракторов: Учебное пособие по дисциплине «Конструкция
автомобиля и трактора» для студентов вузов, обучающихся по специальности
190201 (150100) «Автомобиле – и тракторостроение». – М.: МГТУ «МАМИ»,
2011. – 85 с.
В учебном пособии изложены особенности конструкции шин и колес для
автомобилей и тракторов, предъявляемые к шинам и колесам требования,
классификация и обозначения. Даны назначение и принцип работы системы
регулирования давления воздуха в шинах. Рассмотрены перспективные
разработки в области создания безопасных и боестойких шин.
Приведен порядок выбора шин и колес для колесных машин.
Рецензенты: Зав. кафедрой «Колесные и гусеничные машины» МГТУ
«МАМИ», Засл. деятель науки РФ, д-р техн. наук, проф. ШАРИПОВ В.М.;
Главный научный сотрудник 21 НИИИ МО РФ, д-р техн. наук, проф.
АБРАМОВ В.Н.
© ОСТРЕЦОВ А.В., КРАСАВИН П.А., ВОРОНИН В.В., 2011
© Издательство МГТУ «МАМИ», 2011
2
Содержание
Введение ............................................................................................................. 4
1. Шины для автомобилей и тракторов ....................................................... 7
1.1. Требования, предъявляемые к шинам .................................................. 7
1.2. Классификация шин ............................................................................... 9
1.3. Обозначения и маркировка шин ........................................................... 14
1.4. Конструкция шин ................................................................................... 20
1.4.1. Диагональные и радиальные шины ............................................. 23
1.4.2. Камерные и бескамерные шины .................................................. 27
1.4.3. Шины обычного профиля и широкопрофильные ...................... 30
1.4.4. Арочные шины ............................................................................... 33
1.4.5. Пневмокатки ................................................................................... 35
1.4.6. Шины для Военной автомобильной техники .............................. 36
1.5. Системы регулирования давления воздуха в шинах ........................... 38
1.6. Разработка безопасных и боестойких шин ........................................... 41
1.7. Выбор шин ............................................................................................... 52
2. Колеса для автомобилей и тракторов ....................................................... 55
2.1. Требования, предъявляемые к колесам ................................................. 55
2.2. Классификация колес .............................................................................. 57
2.3. Конструкции колес .................................................................................. 58
2.3.1. Дисковые колеса ............................................................................. 58
2.3.2. Бездисковые колеса ........................................................................ 66
2.3.3. Колеса для специальных колесных машин .................................. 68
2.4. Материалы и технология изготовления колес ...................................... 69
2.5. Обозначения колес .................................................................................. 73
2.6. Способы крепления и центрирования колес ........................................ 74
Список литературы .......................................................................................... 81
Приложение ....................................................................................................... 83
3
Введение
Шины являются важнейшим элементом любой колесной машины.
Взаимодействуя с различными опорными поверхностями, шины оказывают
существенное влияние на большинство эксплуатационных свойств колесной
машины: безопасность движения, тягово-скоростные свойства, профильную и
опорную проходимость, устойчивость и управляемость, комфортабельность,
плавность хода, топливную экономичность.
Это влияние соизмеримо с влиянием силового агрегата, трансмиссии и
других составных частей колесной машины. Вместе с колесами шины
выполняют опорные функции и функции преобразования вращательного
движения колес в поступательное движение колесной машины, и все процессы,
происходящие в агрегатах и узлах машины и направленные на осуществление ее
движения, завершаются и реализуются в контакте шин с опорной поверхностью
(рисунок 1).
Безопасность движения подразумевает сохранение способности
управляемого движения колесной машины и предотвращение или
предупреждение нежелательных последствий опасных ситуаций, возникающих
при движении. В настоящее время на большинство колесных машин
устанавливаются пневматические шины, работоспособность которых
обеспечивается за счет избыточного давления воздуха внутри них. При
сквозных повреждениях шины происходит частичная или полная потеря
давления воздуха в ней, что увеличивает сопротивление качению, вызывает ее
разогрев и разрушение и приводит к невозможности дальнейшего движения
колесной машины без замены колеса, а при движении с большой скоростью – к
потере управляемости и дорожно-транспортному происшествию.
Разработка безопасных и боестойких шин, позволяющих колесной машине
после повреждения шины определенное время сохранять возможность
безопасного передвижения, является одним из основных направлений
повышения ее подвижности, а для армейской машины – и живучести
4
(возможности выполнения поставленной задачи при воздействии внешних
окружающих факторов).
Рисунок 1 – Обобщенная схема повышения эффективности колесного движителя,
его взаимосвязи с составными частями колесной машины и влияния на её основные
эксплуатационные свойства
Правильный выбор шин непосредственным образом влияет на тягово-
скоростные свойства колесной машины (динамику разгона, максимальную
скорость, среднюю скорость движения по дорогам различного состояния),
которые, в первую очередь, зависят от мощности двигателя и особенностей ее
передачи к ведущим колесам. Максимальная скорость, как правило,
ограничивается тепловой нагруженностью шин. Общеизвестно [1, 7, 9 – 11], что
5
одним из решающих факторов, влияющих на достижение максимальной
скорости и степень нагрева шин, является сопротивление их качению. Величины
же сопротивления качению непосредственно зависят от конструкции шин и их
удельной нагруженности.
Топливная экономичность колесной машины определяется величиной
(коэффициентом) сопротивления ее движению, значительную часть которого
составляет сопротивление качению шин. По оценкам специалистов [9]
применительно к современным автомобилям с поршневыми двигателями
снижение коэффициента сопротивления качению на 0,001 (4…10 %) наиболее
характерной его абсолютной величины, соответствующей качению по дорогам с
твердым покрытием, эквивалентно уменьшению расхода топлива двигателем на
тонну массы автомобиля в среднем на 0,08…0,20 л/100 км.
Также, прежде всего от правильного выбора шин, зависит одно из основных
эксплуатационных свойств колесных машин – подвижность, которая
характеризуется, кроме упомянутых выше тягово-скоростных свойств, опорной
и профильной проходимостью, устойчивостью и управляемостью,
маневренностью и др. Главной составляющей, ограничивающей подвижность
армейских колесных машин, является опорная проходимость. Ее уровень
определяется соответствием нагрузочных, размерных, жесткостных показателей
шин, рисунка и конструкции их протектора физико-механическим
характеристикам деформируемых грунтов различного состояния и снежной
целины.
Кроме того, шины являются трудоемкой и дорогостоящей продукцией.
Стоимость комплекта шин для грузового автомобиля составляет около 25 % от
его первоначальной стоимости, а в процессе эксплуатации автомобиля на них
приходится 10…15 % эксплуатационных расходов [1].
Все это предопределяет важность правильного выбора шин, от чего зависит
и безопасность, и хорошие эксплуатационные свойства автомобиля.
6
1. Шины для автомобилей и тракторов
1.1. Требования, предъявляемые к шинам
В данном разделе приведены требования, предъявляемые к шинам с
избыточным внутренним давлением воздуха.
1.1.1. Общие требования:
- безопасность (в отношении самой шины и в отношении движения
автомобиля);
- легкость и прочность конструкции;
- экономичность: низкая стоимость; малое сопротивление качению (низкие
гистерезисные потери); высокая износостойкость; достаточная глубина рисунка
протектора; длительный срок службы (ресурс); возможность восстановления
протектора шины;
- технологичность изготовления;
- экологичность эксплуатации.
1.1.2. Специальные требования:
- хорошее сцепление с твердой опорной поверхностью, позволяющее
снизить буксование и юз колес при передаче тяговых, тормозных и боковых сил
(обеспечение устойчивости движения колесной машины);
- надежная посадка бортов шины на полки обода и обеспечение
нераскрытия стыков между бортами шины и закраинами обода;
- низкая температура разогрева, определяемая конструкцией каркаса и
типом материала каркаса и брекера;
- возможность продолжительного движения с максимальной скоростью,
соответствующей индексу скорости (скоростная прочность);
- восприятие усилий, возникающих при криволинейном движении колесной
машины (обеспечение хороших показателей управляемости);
- малое сопротивление повороту колеса;
- стойкость к механическим повреждениям;
- сопротивляемость повреждению боковин радиальных шин;
7
- легкость монтажа и демонтажа;
- возможность длительной работы с цепями противоскольжения.
1.1.3. Дополнительные требования к шинам для легковых автомобилей:
- малая склонность к аквапланированию;
- пригодность к эксплуатации в зимний период;
- хорошие амортизирующие свойства, способствующие повышению
плавности хода автомобиля;
- низкий уровень шума, особенно при высоких скоростях движения;
- отсутствие «визга» при разгонах, торможениях и поворотах автомобиля.
1.1.4. Дополнительные требования к шинам с рисунком протектора повышенной
проходимости:
- высокие тягово-сцепные свойства;
- низкое удельное давление на опорную поверхность, что обусловливает
высокую проходимость колесной машины;
- хорошая самоочищаемость протектора при движении по размокшим
связным и липким грунтам (глина, суглинок, чернозем).
1.1.5. Дополнительные требования к шинам для Военной автомобильной
техники:
- должны быть обеспечены: работоспособность шин в неповрежденном
состоянии при изменении внутреннего давления воздуха от номинального до
минимально допустимого; заданный уровень проходимости автомобиля по всем
видам дорог и местности; высокая скорость (до 100 км/ч) на дорогах с твердым
покрытием;
- приведенная удельная нагруженность шин регулируемого давления по
объему, являющаяся качественным показателем уровня опорной проходимости
колесной машины, не должна превышать 8,0 и 7,0 т/м3 для радиальных и
диагональных шин, соответственно;
- шины должны оставаться работоспособными в движении при их
механических (проколах) и других видах сквозных повреждений при
8
обеспечении соответствующего соотношения между величиной внутреннего
давления воздуха в них и скоростью движения автомобиля;
- шины должны обеспечивать сохранение подвижности автомобиля (пробег
не менее 50 км со скоростью не менее 50 км/ч) при движении без избыточного
внутреннего давления воздуха;
- шины должны изготавливаться из резиновых смесей, приспособленных к
работе в диапазоне температур окружающего воздуха от минус 500С до плюс
500С;
- шины должны обеспечивать скрытность автомобиля от тепловой или ИК-
заметности, которая определяется контрастом (по разнице температур) внешних
элементов автомобиля и окружающей среды.
1.2. Классификация шин
1.2.1. По назначению:
- шины для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых
автомобилей и автобусов особо малой вместимости;
- шины для грузовых автомобилей, прицепов к ним, автобусов и
троллейбусов;
- шины для тракторов и прицепов к ним;
- специальные шины.
Ассортимент, технические условия, основные параметры и размеры шин для
автомобилей регламентируются государственными стандартами:
- шины для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых
автомобилей и автобусов особо малой вместимости – ГОСТ 4754, 20993;
- шины для грузовых автомобилей, прицепов к ним, автобусов и
троллейбусов – ГОСТ 5513, 12715, 8430;
- шины с регулируемым давлением – ГОСТ 13298, 24985;
- шины с регулируемым давлением для военной техники – ГОСТ РВ 52395.
1.2.2. По типу рисунка протектора (рисунок 1.1).
9
Тип рисунка протектора шин колесных машин в значительной степени
зависит от их назначения и условий эксплуатации, а также климатических
условий (времени года) и других факторов. В настоящее время не всегда
возможно однозначно определить тип рисунка протектора определенной шины,
так как в нем могут сочетаться несколько типов рисунков, например, зимняя
шина с универсальным ненаправленным рисунком.
а) б) в) г) д) е)
Рисунок 1.1 – Типы рисунков протектора:
а – дорожный; б – универсальный направленный; в – универсальный ненаправленный;
г – зимний с шипами; д – карьерный;
е – повышенной проходимости
Тем не менее, представляется целесообразным назвать основные типы
рисунков протекторов шин:
- дорожный (летние шины) – для дорог I – III категорий по СНиП 2.05.02-85.
Шины для эксплуатации в зимний период и на размокших грунтовых дорогах
практически непригодны;
- универсальный (универсальные шины) – для дорог с твердым покрытием в
летний и зимний периоды эксплуатации и сухих грунтовых дорог;
- всесезонный (всесезонные шины) – для дорог с твердым покрытием в
летний и зимний периоды эксплуатации. Характеристики этих шин и шин с
универсальным рисунком протектора практически идентичны;
- зимний (зимние шины) – для заснеженных и обледенелых дорог. Протектор
шин с зимним рисунком изготавливают из специальной резины, меньше
твердеющей при отрицательных значениях температуры окружающего воздуха,
что обеспечивает улучшенное сцепление с дорогой. При этом, однако,
снижается износостойкость и срок службы шин и повышается уровень шума;
10- карьерный – для эксплуатации в карьерах на каменистых, щебеночных и
гравийных опорных поверхностях. Рисунок протектора очень сильно
расчлененный для того, чтобы отдельные камни не застревали в канавках
протектора;
- повышенной проходимости – для бездорожья и деформируемых грунтов;
- ненаправленный – допускает любое направление вращения колеса. В
настоящее время шины с этим рисунком выпускаются все реже;
- направленный (рисунок 1.2, а) – для размокших и заснеженных грунтовых
дорог. Продольные и поперечные канавки расположены, как правило,
симметрично относительно продольной плоскости шины, проходящей через
середину протектора, и обеспечивают эффективный отвод воды и снежной
взвеси из пятна контакта, хорошую самоочищаемость протектора и
минимальный риск аквапланирования. Широкая центральная канавка
способствует хорошей управляемости и курсовой устойчивости, а большое
количество ламелей – улучшенному сцеплению шины с дорогой и снижению
тормозного пути. Шины с таким рисунком менее шумные благодаря плечевым
блокам специальной формы и различного размера. Однако их недостатком
является то, что они требуют определенного направления вращения колеса (т.е.
должны быть разные шины для левых и правых колес автомобиля);
- асимметричный (рисунок 1.2, б) – характерен несимметричным
расположением дорожек протектора и продольных и поперечных дренажных
канавок относительно продольной плоскости шины, проходящей через середину
протектора. Это позволяет сочетать в одной шине разные свойства, например,
наружную сторону выполняют с рисунком, обеспечивающим наилучшие
сцепные свойства при криволинейном движении (в поворотах), а внутреннюю –
при торможении.
Зимние шины с шипами противоскольжения применяются только на
легковых автомобилях. Они обеспечивают существенное улучшение
эксплуатационных свойств только на обледенелых и заснеженных укатанных
дорогах:
11- уменьшение тормозного пути в 2,0…2,5 раза;
- улучшение динамики разгона на 40 %;
- увеличение скорости прохождения поворотов, причем возникающий занос
остается контролируемым.
Во всех остальных условиях эксплуатации
легковых автомобилей наличие шипов
снижает коэффициент сцепления шины с
дорогой как в продольном, так и в поперечном
направлениях. Кроме того, шипованные шины
разрушают твердое дорожное покрытие. Для
снижения этого отрицательного явления
а) б)
созданы шины с «плавающими» шипами,
Рисунок 1.2 – Направленный (а)
и асимметричный (б) втягивающимися при соприкосновении с
рисунки протектора
твердым дорожным покрытием.
Шипы производят металлическими или пластмассовыми. Они должны быть
износостойкими, легкими, надежно держаться в шине и как можно меньше
повреждать дорожное покрытие. Наиболее распространены одно – или
двухфланцевые металлические шипы с прямоугольными вставками из твердого
сплава. Их размеры должны соответствовать посадочным отверстиям в шине.
Выступать над поверхностью шашки они должны в пределах от 1,0 до 1,5 мм.
1.2.3. По расположению нитей слоев корда в каркасе – с диагональным или
радиальным их расположением (диагональные и радиальные шины,
соответственно).
1.2.4. По способу герметизации внутреннего объема – камерные и бескамерные.
1.2.5. По форме профиля (отношению высоты к ширине шины, Н/В) (рисунок
1.3) – обычного профиля (тороидные, Н/В = 0,87…1,0), широкопрофильные
(Н/В = 0,50…0,85), арочные (Н/В = 0,40…0,50) и пневмокатки (Н/В =
0,25…0,40).
12а) б) в) г)
Рисунок 1.3 – Геометрические формы профиля шин и их отпечатки:
а – обычного профиля (тороидная); б – широкопрофильная; в – арочная; г –
пневмокаток; D – наружный диаметр шины; B – ширина профиля шины; Н – высота
профиля шины; d – посадочный диаметр обода колеса; b – ширина обода колеса
Современные широкопрофильные шины подразделяются на
низкопрофильные, Н/В = 0,70…0,80 (или шины 70-й, 75-й и 80-й серий) и
сверхнизкопрофильные, Н/В = 0,50…0,65 (или шины
50-й, 55-й, 60-й и 65-й серий), а также шины с
регулируемым давлением воздуха, Н/В = 0,70…0,85.
Необходимо отметить, что ширина профиля шины
В является чисто конструкционным ее размером,
замеренным по гладким боковинам на новой
Рис. 1.4. ненакачанной шине. Габаритная же ширина шины Вш
Связь ширины (рисунок 1.4) учитывает толщину монтажных и
профиля В
и габаритной декоративных поясков и надписей на номинального
ширины шины Вш
боковинах, увеличение размера при заполнении шины
воздухом до давления, а также зависит от ширины профиля обода. У шин для
легковых автомобилей размер Вш может превышать ширину профиля на
величину до 6 %.
Шины для автомобилей «Формулы I» и «Формулы 3» имеют Н/В ≈
0,30…0,35. Дальнейшее уменьшение этого отношения приводит к резкому
ухудшению характеристик эластичности шин.
131.3. Обозначения и маркировка шин
Устанавливаемая стандартами различных стран маркировка шин наносится
на их боковины и включает следующие обозначения, надписи и знаки:
- обозначение шины и ее модели;
- наименование страны – изготовителя на английском языке;
- обозначение стандарта, которому соответствует шина;
- индекс скорости;
- индекс нагрузки (индекс несущей способности (ИНС) или индекс
грузоподъемности) – для автомобильных шин или норму слойности – для шин
для тракторов и прицепов к ним;
- товарный знак и (или) наименование предприятия – изготовителя;
- дату изготовления;
- порядковый номер шины;
- надпись «Radial» или буквенный индекс «R» для радиальных шин;
- знак «Е» в кружочке и число (условный номер европейской страны,
выдавшей сертификат), и номер после кружочка – номер сертификата
официального утверждения шины на соответствие Правилам № 30 ЕЭК ООН
или знак «DOT» (знак соответствия шины американским стандартам
безопасности);
- знак «» направления вращения или надпись «Rotation» – для шин с
направленным рисунком протектора;
- надписи «Tubeless» или «TL» – для бескамерных шин. Для камерных шин
могут быть нанесены надписи «Tube Type» или «TT»;
- надпись «WINTER» – для зимних шин;
- надпись «Reinforced» (Усиленная) – для шин повышенной
грузоподъемности;
- надпись «Regroovable» – для шин, у которых возможно углубление
рисунка протектора методом нарезки;
- надпись «Retread» – для восстановленных шин;
14- показатели максимальной нагрузки (Max Load) в фунтах (LBS) и
килограммах (кг) и соответствующего этой нагрузке внутреннего давления
воздуха в шине (Max Press) в фунтах на квадратный дюйм (PSI) и килопаскалях
(кПа) для шины в «холодном» состоянии (1 LBS = 0,4536 кгс; 1 PSI = 6,94 кПа).
Как правило, эксплуатационная нагрузка и внутреннее давление в шине
несколько меньше, чем ее максимальные возможности, то есть шина
подбирается на автомобиль как бы с «запасом»;
- количество слоев и тип корда каркаса и брекера;
- обозначения «M+S» (Mud+Snow - грязь+снег) или «M+S-Е» – для зимних
шин без шипов или с шипами;
- обозначения «AS» (All-Seasons) или «AW» (Any Weather) – для
всесезонных или всепогодных шин;
- обозначение «R+W» (Road + Winter) – для универсальных шин;
- надписи «Side Facing Inwards» или «INSIDE» и «Side Facing Outwards»
или «OUTSIDE» – для шин с асимметричным рисунком протектора, которые
обозначают, соответственно, внутреннюю и наружную стороны шины при её
монтаже на обод колеса;
- надпись «Steel» указывает на использование металлокорда в брекере
радиальных шин;
- надписи «АТ» («All-Terrain») или «МТ» («Mud-Terrain»), которые
встречаются на шинах для внедорожных автомобилей. Первые называют
вседорожными, вторые – грязевыми. Такие шины имеют более глубокий
протектор, они более тяжелые, шумные и менее быстроходные;
- надпись «Север» – для морозостойких шин;
- знаки «TWI» (Tread Wear Indication) – места расположения индикаторов
износа протектора (для шин, снабженных индикаторами износа). Это выступы,
которые размещаются на дне канавок протектора равномерно по окружности
шины в 6...8-ми местах. Как только такой выступ появляется на наружной
поверхности беговой дорожки шины, протектор считается изношенным, и шина
подлежит замене;
15- балансировочную метку.
Обозначения тороидных радиальных и диагональных шин состоят из
числовых показателей в дюймах ширины профиля покрышки В и посадочного
диаметра обода d. Между числами у радиальных шин ставится буквенный
индекс «R», а у диагональных – черточка «-», например: 12.00R20; 12R22,5 или
12.00-20.
Широкопрофильные шины (в том числе, низкопрофильные и
сверхнизкопрофильные) имеют обозначение с числовым индексом серии. Это
отношение Н/В в процентах, например: 215/70R15С, 200/60R365, 11/70R22,5,
где первые числа – ширина профиля в миллиметрах или дюймах, вторые –
индекс серии, третьи – посадочный диаметр обода в дюймах или миллиметрах;
буква «С» («Commercial») – указывает на повышенную слойность каркаса шины
(шина для легких грузовых автомобилей). Если в обозначении нет буквенного
индекса «R», то шина диагональной конструкции, например: 500/70-20 (прежнее
обозначение шины 1200х500-508, где числа условно соответствовали
наружному диаметру D, ширине профиля B и посадочному диаметру обода d в
миллиметрах).
Широкопрофильные шины по стандарту США могут иметь обозначение
31х10,5R15LТ, состоящее из числовых показателей в дюймах: наружного
диаметра (31), ширины профиля (10,5) и посадочного диаметра обода (15) и
буквенного индекса «LТ» или «Р» (шины для легкого грузового или легкового
автомобиля, соответственно)
Буквенный индекс «L» после первого числа в обозначениях шин для
тракторов означает, что шина низкопрофильная, например: 6L-12 (Н/В ≈ 0,53).
Шины для легковых автомобилей, в обозначении которых отсутствует
числовой индекс серии, имеют Н/В > 0,8 и смешанное обозначение, например:
175R13 или 175-13/6.95-13, где 175 и 6.95 – ширина профиля в миллиметрах и
дюймах, соответственно, 13 – посадочный диаметр в дюймах.
16Обозначение модели шины состоит из буквенного индекса предприятия –
разработчика и порядкового номера разработки, например: КИ-113, где К –
Кировский шинный завод, И – НИИШП, 113 – порядковый номер разработки.
Прочность каркаса шин для тракторов (если они не применяются на
автомобилях) условно оценивается так называемой нормой слойности (числом
PR – «PLY RATING»), величина которой, как правило, 6 PR – для управляемых
и направляющих колес, 8 PR и 10 PR – для ведущих колес.
Ранее она аналогично оценивалась и у шин для автомобилей. Шины для
легковых автомобилей имели норму слойности 4 PR, для легких грузовых
автомобилей и микроавтобусов – 6 PR и 8 PR, для грузовых автомобилей
средней и большой грузоподъемности – от 10 PR до 18 PR.
Влияние прочности каркаса на несущую способность шины с регулируемым
давлением 390/95R20 показано в качестве примера в таблице 1.1.
Норма слойности шины – понятие условное. Её число, как правило, не
соответствует ни числу слоев корда в каркасе, ни их числу в каркасе и брекере
шины. Так, например, шины Кама-310 (11.00R20) и И-281 (10.00R20) при норме
слойности 16 PR имеют в каркасе по 5 слоев нейлонового корда, а в брекере по
5 слоев нейлонового корда плюс 3 и 4 слоя металлокорда, соответственно.
В связи с этим в соответствии с Правилами № 30 ЕЭК ООН указание нормы
слойности на шинах для автомобилей заменено указанием индекса нагрузки
(индекса грузоподъемности для шин легковых автомобилей и индекса несущей
способности для шин грузовых автомобилей). Эти индексы регламентируют
максимальную нагрузку на колесо автомобиля и представляют собой числовой
код. Например, для шины Кама-204 (135/80R12) индекс грузоподъемности 68
регламентирует максимальную нагрузку на колесо 315 кгс.
Таблица 1.1 – Влияние прочности каркаса на несущую способность шины 390/95R20
автомобиля Урал-4320
Норма слойности шины, Индекс несущей способности Максимальная нагрузка
число PR шины на колесо, кгс
10 147 3160
18 156 4000
17Соответствующие индексам нагрузки (ИН) значения максимальных
нагрузок на колеса (Gк) приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2 – Индексы нагрузки
Gк, Gк, Gк, Gк, Gк, Gк,
ИН ИН ИН ИН ИН ИН
кГс кГс кГс кГс кГс кГс
41 145 61 257 81 462 101 825 121 1450 141 2575
42 150 62 265 82 475 102 850 122 1500 142 2650
43 155 63 272 83 487 103 875 123 1550 143 2725
44 160 64 280 84 500 104 900 124 1600 144 2800
45 165 65 290 85 515 105 925 125 1650 145 2900
46 170 66 300 86 530 106 950 126 1700 146 3000
47 175 67 307 87 545 107 975 127 1750 147 3075
48 180 68 315 88 560 108 1000 128 1800 148 3150
49 185 69 325 89 580 109 1030 129 1850 149 3250
50 190 70 335 90 600 110 1060 130 1900 150 3350
51 195 71 345 91 615 111 1090 131 1950 151 3450
52 200 72 355 92 630 112 1120 132 2000 152 3550
53 206 73 365 93 650 113 1150 133 1060 153 3650
54 212 74 375 94 670 114 1180 134 2120 154 3750
55 218 75 387 95 690 115 1215 135 2180 155 3875
56 224 76 400 96 710 116 1250 136 2240 156 4000
57 230 77 412 97 730 117 1285 137 2300 157 4125
58 236 78 425 98 750 118 1320 138 2360 158 4250
59 243 79 437 99 775 119 1360 139 2430 159 4375
60 250 80 450 100 800 120 1400 140 2500 160 4500
Дробный индекс несущей способности шин для грузовых автомобилей
(например, 146/143) регламентирует максимальную нагрузку на колесо как при
односкатной, так и двускатной ошиновке колес оси (3000/2725 кгс,
соответственно).
В обозначениях шин для грузовых автомобилей средней и большой
грузоподъемности, у которых для одного размера регламентирована различная
18норма слойности (см. таблицу 1.1), указывается число PR. В этом случае полное
обозначение шины будет: Кама-Урал 390/95R20 147 J 10PR.
Индекс скорости в обозначениях шин указывается после индекса
грузоподъемности, а для шин легковых автомобилей скоростных категорий от S
и выше может также указываться перед буквенным индексом «R» (например,
215/60VR15). Соответствующие индексам скорости значения максимальных
скоростей движения (Vmax), определяемые конструкцией шин, приведены в
таблице 1.3.Дата изготовления указывается в овале, например: 3903, где 39 –
номер недели изготовления шины, 03 – год изготовления (2003 г.). Порядковый
номер шины указывается отдельно от даты, например, 102412.
Обозначения камер идентичны обозначениям шин. Камеры тороидных шин
имеют обозначение в дюймах, например, 12.00-20, где числа условно
соответствуют ширине профиля покрышки и посадочному диаметру обода
колеса. Камеры широкопрофильных шин имеют обозначение в миллиметрах,
например, 1200х500-508, где числа условно соответствуют наружному диаметру
и ширине профиля покрышки и посадочному диаметру обода колеса.
Таблица 1.3 – Индексы скорости шин
Индекс скорости А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7 А8 B C
Vmax, км/ч 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60
Индекс скорости D E F G J K L M N P
Vmax, км/ч 65 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Индекс скорости Q R S T U H V W Y Z
Vmax, км/ч 160 170 180 190 200 210 240 270 300 >240
Обозначения ободных лент состоят из двух чисел в дюймах (7.7-20) или
миллиметрах (340-533): первое – ширина ленты, второе – посадочный диаметр
обода колеса.
191.4. Конструкция шин
Все основные типы современных шин для автомобилей и тракторов
практически имеют сходную структуру конструкции.
На рисунке 1.5 показаны элементы конструкции шины, включающие:
Рисунок 1.5 – Элементы конструкции шины:
1 – каркас; 2 – брекер; 3 – протектор; 4 – боковина; 5 – бортовая лента; 6 – пятка борта;
7 – основание борта; 8 – носок борта; 9 – борт; 10 – бортовые кольца; 11 – усилительные
ленты; а – ширина борта; б – корона; в – плечевая зона; г – зона боковины; д – зона усиления;
В – ширина профиля; С – ширина раствора бортов; D – наружный диаметр; Н – высота
профиля; R – радиус кривизны протектора; d – посадочный диаметр обода колеса; hc – стрела
дуги протектора
Каркас 1 – силовой элемент шины, воспринимающий действующие на нее
нагрузки. Он состоит из нескольких слоев прорезиненного корда (минимум: из
двух у диагональных шин, из одного (монослоя) – у радиальных шин),
закрепленных на бортовых кольцах 10. С увеличением числа слоев корда
20повышается прочность каркаса и увеличивается грузоподъемность шины, но
возрастают ее масса и сопротивление качению. Корд получают обрезиниванием
специальных нитей, изготовленных из вискозы, нейлона, стекловолокна или
стальной проволоки (металлокорд). Чем прочнее нити корда, тем выше
долговечность шины. Резина предохраняет кордные нити от влаги, перетирания
и способствует равномерному распределению нагрузок между ними. Концы
слоев корда вместе с бортовыми кольцами 10 образуют борта 9, служащие для
плотной посадки покрышки на ободе колеса. У бескамерной шины борта, кроме
того, обеспечивают герметичность её посадки на ободе колеса.Брекер 2 –
резинокордный слой, расположенный между каркасом и протектором шины. Он
служит для усиления каркаса и снижения (смягчения) ударных нагрузок,
действующих на колесо (каркас шины) со стороны опорной поверхности, а
также более равномерного распределения их по поверхности шины. Брекер, как
правило, имеет более высокую температуру по сравнению с другими
элементами шины, иногда достигающую 1200С. От конструкции брекера в
значительной степени зависит форма пятна контакта шины с дорогой.
Протектор 3 – наружная часть шины, непосредственно контактирующая с
опорной поверхностью. Протектор обеспечивает необходимый
эксплуатационный ресурс работы шины, надлежащее сцепление шины с
опорной поверхностью, сглаживание ударных нагрузок со стороны опорной
поверхности, снижение крутильных колебаний в трансмиссии колесной
машины, а также предохраняет (совместно с резиновым слоем плечевой зоны (в)
и зоны (г) боковины) каркас шины от повреждений. Протекторная резина
обладает высокой прочностью, эластичностью, износостойкостью,
сопротивляемостью многократным деформациям и порезам, стойкостью к
старению.
Протектор состоит из рельефного рисунка, разновидность которого зависит
от типа и назначения шины, и подканавочного слоя, который обычно составляет
20…30 % от толщины протектора. Практически все важнейшие
эксплуатационные свойства колесной машины зависят от рисунка протектора.
21Элементами рельефного рисунка протектора являются беговые дорожки,
грунтозацепы (блоки), продольные и поперечные (радиальные) канавки
различной формы, длины и ширины и очень тонкие щелевидные прорези
дорожек протектора и грунтозацепов – ламели [15].
Дорожки протектора – это непрерывные резиновые кольца (пояса), через
которые шина взаимодействует с опорной поверхностью, или совокупность
грунтозацепов, которые своим последовательным расположением по
окружности шины образуют прерывистые кольца.
Грунтозацепы могут быть любой формы от простой (шашки, ëлочка) до
многогранников сложной формы. Их края могут иметь острые ступенчатые
кромки для обеспечения высокой проходимости или скругленные формы для
улучшения характеристик качения шины.
Поперечные канавки предназначены для отвода загрязнений от центра к
краям пятна контакта шины с опорной поверхностью. Чем канавки шире, тем
лучше самоочищаемость протектора шины, но хуже характеристики ее качения.
Кромки поперечных канавок улучшают сцепные свойства шин.
Продольные канавки собирают загрязнения от поперечных, повышают
стойкость шины к аквапланированию на мокрой дороге. Их края повышают
сопротивляемость шины боковому заносу, что улучшает управляемость
автомобиля. Но чем больше продольных канавок, особенно прямолинейной
формы, тем хуже сцепные свойства шины. Зигзагообразные канавки улучшают
сцепные свойства шины, но ухудшают отвод воды и снежной взвеси.
Для зимних шин целесообразно сужение всех канавок вглубину, что
улучшает самоочищаемость протектора шины от смеси воды, снега и грязи
(«шуги»).
Зигзагообразные ламели (рисунок 1.6) за счет «кромочного» эффекта
улучшают сцепные свойства шины с дорогой в поворотах, при торможении и на
участках дороги покрытых водой и укатанным снегом. Компания «Michelin» –
создатель ламелей – разработала каплеобразную ламель, позволяющую
сохранять сцепные свойства шины при частичном износе протектора.
22Протектор имеет не одинаковую толщину у шин различных конструкций и
назначения. Чем больше толщина протектора, тем больше срок службы (ресурс)
шины, тем лучше он защищает каркас от повреждений. Однако, тем больше
масса шины, склонность ее к перегреву и расслоению, выше момент инерции и
коэффициент сопротивления качению колеса. Толщина протектора у шин для
легковых автомобилей колеблется от 7 до 12 мм, у шин для грузовых
автомобилей – от 14 до 22 мм, а у арочных шин – от 40 до 60 мм. Ширина
протектора составляет примерно 70…80 % ширины профиля шины.
Боковины 4 – слои резины,
являющиеся продолжением
протектора, покрывающие стенки
каркаса и выполняющие защитные
функции. Боковины должны быть
достаточно эластичными и,
следовательно, достаточно тонкими,
чтобы длительное время
выдерживать многократные
Рисунок 1.6 – Поверхность центральной изгибающие силы. Боковины
беговой дорожки, шашек и блоков зимней
шины насыщена большим изготавливают как одно целое с
количеством ламелей
протектором и из протекторных
резиновых смесей.
Борта 9 – жесткие части шины, служащие для крепления ее на ободе колеса.
Борта состоят из бортовых колец 10, выполненных из стальной проволоки,
твердого резинового жгута, прорезиненной обертки бортовых колец и
усилительных лент 11. Бортовые кольца необходимы для придания бортам
требуемой прочности, а резиновый жгут способствует их монолитности.
1.4.1. Диагональные и радиальные шины
Диагональные и радиальные шины различаются построением каркаса, а
именно, расположением нитей слоев корда в каркасе.
23У диагональных шин нити в смежных слоях корда и брекера располагаются
перекрестно под углом наклона 35…380 к экватору покрышки (рисунок 1.7, а).
Каркас является несущим элементом шины, и поэтому воспринимает все силы
(радиальные, боковые и продольные) и моменты, действующие на колесо. Чем
меньше угол наклона нитей в смежных слоях корда (30…340 для спортивных
шин), тем лучше передаются боковые силы, действующие на колесо.
Основным недостатком диагональных шин является то, что в процессе их
контакта с опорной поверхностью изменяются направления перекрестных слоев,
в результате чего в каркасе происходит повышенное выделение теплоты, а в
плоскости контакта – относительное смещение слоев корда, приводящие к
высоким гистерезисным потерям и износу протектора.
У радиальных шин нити в слоях корда не пересекаются. Они располагаются
по радиусу покрышки под углом наклона 85…900 к экватору (рисунок 1.7, б),
что делает каркас весьма эластичным и, как следствие, излишне податливым
под действием боковых и продольных сил. При таком расположении нити
каркаса способны воспринимать только вертикальные нагрузки, что
значительно снижает возникающие в них напряжения и позволяет при одной и
той же вертикальной нагрузке с диагональной шиной уменьшить число слоев
корда в каркасе и, следовательно, толщину каркаса. Например, радиальные
шины с металлокордом в каркасе и брекере для грузовых автомобилей большой
грузоподъемности имеют всего 2…4 слоя корда в каркасе вместо 8…14.
Вследствие этого у радиальных шин меньше нагрев, ниже потери при качении,
больше толщина протектора, что увеличивает срок их службы (ресурс) в
1,5...2,0 раза.
Продольные и боковые силы, действующие на колесо, воспринимаются в
радиальной шине наложенным на каркас практически нерастяжимым
брекерным поясом, имеющим диагональную конструкцию нитей корда
(рисунок 1.7, в). Для брекерного пояса используется металлокорд или его
сочетание с нейлоновым или вискозным кордом. Это связано с тем, что
металлокорд, обладая высокой прочностью, теплопроводностью и
24теплостойкостью, способствует уменьшению напряжений и более
равномерному распределению температуры в теле покрышки. Брекерный пояс
амортизирует ударные нагрузки, возникающие при качении колеса по неровной
дороге, распределяет их по каркасу, защищает последний от механических
повреждений. Кроме того, жесткий брекерный пояс не позволяет протектору
радиальной шины ощутимо деформироваться при воздействии боковых и
продольных сил, поэтому пятно контакта шины с дорогой остается практически
неизменным. Это заметно повышает курсовую устойчивость колесной машины
при высоких скоростях движения, улучшает её маневренность, а значит и
безопасность движения.
а) б) в)
Рисунок 1.7 – Диагональная и радиальная шины:
а – диагональная шина; б – радиальная шина; в – брекерный пояс
В то же время радиальное расположение нитей корда снижает прочность
боковин шины. В тяжелых дорожных условиях вероятность повреждения
боковин довольно велика и, как следствие, долговечность радиальных шин,
эксплуатирующихся преимущественно на бездорожье, часто оказывается ниже,
чем диагональных. Это свойство радиальных шин, наряду с более высокой их
стоимостью, является основной причиной продолжающегося производства
диагональных шин.
Среди других недостатков радиальных шин можно отметить:
25- повышенный шум у шин с металлокордом при высоких скоростях
движения.
- больший момент инерции относительно оси вращения, что связано с
расположением на периферии большей части массы шины: достаточно тяжелого
брекерного пояса и протектора;
- пониженную боковую жесткость, что ухудшает устойчивость колесной
машины (у современных машин этот недостаток нивелируется за счет
характеристик подвесок);
Наличие жесткого брекерного пояса и весьма эластичного каркаса у
радиальных шин для легковых автомобилей явилось причиной
трансформирования первоначально круглого их профиля в несколько
сглаженный профиль беговой дорожки, поэтому отношение Н/В у этих шин не
превышает 0,82.
Преимущества радиальных шин, безусловно, превалируют над их
недостатками и, будучи изложены в тезисном виде, состоят в следующем:
- меньшее сопротивление качению (на 25…30 %) и, как следствие, меньший
расход топлива (до 10 %);
- лучшее сцепление с дорогой;
- более низкий тепловой режим работы (на 20…300С), что позволяет
эксплуатировать шины при более высоких скоростях движения;
- лучшая передача продольных и боковых сил;
- более быстрая реакция на поворот руля;
- большая грузоподъемность шин одного размера с диагональными (на
15…25 %);
- значительно более высокие износостойкость (в 1,5…1,7 раза) и срок
службы (в 1,5…2,5 раза);
- лучшие характеристики упругости (шины практически не изменяют своего
профиля при высоких скоростях движения автомобиля);
- более высокая стойкость к проколам (за счет использования металлокорда в
брекерном поясе).
26Особенностью радиальных шин является то, что нагрузка на них может
быть увеличена за счет повышения внутреннего давления воздуха как без
изменения конструкции (до 10 %), так и при увеличении числа слоев корда в
каркасе и повышении прочности нитей корда (усиленные шины).
На легковых автомобилях, прицепах к ним, легких грузовых автомобилях и
автобусах особо малой вместимости устанавливаются шины только низкого
давления (до 0,30 МПа).
У грузовых автомобилей, прицепов к ним, автобусов и троллейбусов из-за
высоких нагрузок на их колеса давление воздуха в шинах (в зависимости от
размера шины и максимальной нагрузки на колесо) находится в пределах
0,50…0,90 МПа.
В тракторостроении применяются шины только низкого (шины
управляемых и направляющих колес, шины прицепов) и сверхнизкого (шины
ведущих колес) давления. Давление воздуха в шинах низкого давления –
0,14…0,30 МПа, в шинах сверхнизкого давления – 0,08…0,12 МПа.
1.4.2. Камерные и бескамерные шины
Камерная шина (рисунок 1.8) включает покрышку и ездовую камеру (с
вентилем), а шина для грузовых автомобилей – и ободную ленту.
Ездовая камера – герметичная
торообразная эластичная трубка. Камера
имеет вентиль, который служит для
накачивания, удержания и выпуска воздуха.
Для того чтобы при монтаже шины на обод
колеса камера не образовывала складок, её
размеры несколько меньше, чем внутренние
Рисунок 1.8 – Камерная шина:
1 – покрышка; размеры шины. В связи с этим, заполненная
2 – ездовая камера;
3 – привулканизированный к воздухом камера находится в растянутом
камере вентиль; состоянии. Толщина камеры в поперечном
4 – обод колеса
сечении неравномерна. Несколько большую
толщину камера имеет в зоне максимальной деформации на участке,
27расположенном под протектором шины. В процессе качения колеса камера
работает при высокой температуре и больших напряжениях.
Ободная лента – профилированное эластичное кольцо, расположенное
между бортами покрышки, камерой и ободом колеса. Лента предохраняет
камеру от износа о выступающие детали обода и борта покрышки.
Бескамерная шина (рисунок 1.9) отличается от камерной наличием
специального герметизирующего слоя резины на внутренней стороне толщиной
2...3 мм, герметичной посадкой шины на обод и специальной конструкцией
бортов. Борта, кроме того, имеют несколько меньший посадочный диаметр
относительно посадочного диаметра обода колеса, что обеспечивает более
плотную посадку шины на обод. Обрезиненный вентиль устанавливается в
ободе колеса с высокой степенью герметизации.
Бескамерная шина состоит только из
покрышки, поэтому для нее понятия «шина» и
«покрышка» – идентичны.
Основное преимущество бескамерных
шин заключается в повышенной безопасности
движения колесной машины на высоких
скоростях. В камерной шине, если камера
Рисунок 1.9 – Бескамерная шина:
1 – герметизирующий слой; будет повреждена, то при проколе воздух из
2 – уплотнительный бортовой нее выйдет достаточно быстро, а при разрыве
слой;
3 – герметичный обрезиненный практически мгновенно, что, в первом случае,
вентиль в ободе колеса
снижает безопасность движения колесной
машины, а во втором, чревато дорожно-транспортным происшествием. В
бескамерной шине быстрая потеря воздуха через отверстие прокола
практически невозможна или вообще отсутствует при проколе инородным
предметом, застрявшим в шине (за счет уплотнения предмета герметизирующим
слоем), и водитель успевает это заметить. Шина (в отличие, от камерной) может
быть достаточно легко отремонтирована, иногда даже без снятия с диска
(разбортирования).
28Другими преимуществами бескамерных шин являются:
- меньшая масса (для грузовых автомобилей от 2 до 18 кг);
- меньшее сопротивление качению;
- меньший нагрев (за счет лучшего отвода теплоты непосредственно через
металлический обод и отсутствия трения между покрышкой и камерой);
- больший срок службы (примерно на 20 %);
- большая устойчивость внутреннего давления воздуха;
- более простой монтаж;
- лучшая приспособленность к балансировке.
Массы камер и ободных лент для шин грузовых автомобилей с посадочным
диаметром обода 20…21 дюйм приведены в таблице 1.4.
Таблица 1.4 – Массы камер и ободных лент для шин грузовых автомобилей с
посадочным диаметром обода 20…21 дюйм
Обозначение Обозначение Средняя масса Обозначение Средняя масса
шины камеры камеры, кг ободной ленты ободной ленты, кг
7.50 - 20 7.50 - 20 2,7 – –
8.25 R20 8.25 - 20 3,5 6.7 - 20 1,6
9.00 R20 9.00 - 20 4,2 6.7 - 20 1,6
10.00 R20 10.00 - 20 5,3 7.7 - 20 2,3
11.00 R20 11.00 - 20 5,9 7.7 - 20 2,3
12.00 R20 12.00 - 20 6,4 7.7 - 20 2,3
390/95R20 14.00 - 20 10,1 300 - 508 3,4
480/70R20 1200х500-508 12,9 475 - 508 6,1
425/85R21 1220х400-533 11,2 340 - 533 4,4
530/70-21 1300х530-533 14,1 475 - 533 6,2
В качестве недостатков, присущих бескамерным шинам, необходимо
отметить следующие:
- для бескамерных шин используются более сложные в изготовлении
колесные ободья, обеспечивающие герметичную и надежную посадку бортов
шины на обод и имеющие герметичную установку вентиля в ободе;
- при нарушении герметичности посадки шины на обод, что характерно для
шин, продолжительное время находящихся в эксплуатации на тяжелых грязных
дорогах и бездорожье, требуется все более частая подкачка или комплектация
камерой;
29- в случае сползания борта шины с полки обода, обратно посадить шину на
обод весьма затруднительно (для этого требуется высокопроизводительный
компрессор).
Необходимо также отметить, что без особой необходимости не следует
вставлять камеру в бескамерную шину. Если в камерной шине воздух,
попадающий между камерой и покрышкой, выходит в атмосферу через вентиль
или негерметичный обод, то в бескамерной шине он образует плоские пузыри,
что сильно затрудняет теплоотдачу и, как следствие, ведет к перегреву шины.
1.4.3. Шины обычного профиля и широкопрофильные
В настоящее время шины обычного профиля (тороидные) (рисунок 1.10, а)
применяются в основном на грузовых автомобилях и тракторах. Для них
коэффициент ширины обода (отношение ширины профиля обода колеса к
ширине профиля шины, b/В) составляет 0,65…0,78. Исследования [5],
проведенные еще в 70-е годы прошлого века,
показали, что наилучшие условия работы
шин для грузовых автомобилей
обеспечиваются при значениях
коэффициента ширины обода 0,73…0,74.
Тороидные шины по сравнению с
широкопрофильными при одинаковом их
а) б)
наружном диаметре обеспечивают
Рисунок 1.10 – Тороидная (а)
и широкопрофильная (б) шины колесной машине следующие
преимущества:
- меньшие массу и стоимость;
- лучшую динамику разгона и максимальную скорость;
- лучшую (на 15…20 %) топливную экономичность;
- более низкий уровень шума.
Широкопрофильные шины (рисунок 1.10, б) в современном
автомобилестроении постепенно вытесняют тороидные. На легковых
автомобилях, автобусах, коммерческих грузовых автомобилях,
30предназначенных для междугородных и городских перевозок, прицепах и
полуприцепах к ним низкопрофильные шины заняли доминирующее
положение.
Они имеют увеличенную ширину профиля по сравнению с обычными
тороидными шинами и больший коэффициент ширины обода (0,75…0,85). Одна
такая шина при установке на грузовой автомобиль, прицеп или полуприцеп
способна заменить две тороидные. Широкопрофильные шины имеют протектор
малой кривизны, что обеспечивает более равномерное распределение удельных
давлений в контакте с опорной поверхностью. Шины для грузовых автомобилей
выпускаются как камерными, так и бескамерными, а для легковых – только
бескамерными.
Широкопрофильные шины при одинаковом наружном диаметре
обеспечивают ряд существенных преимуществ по сравнению с тороидными:
- меньшее сопротивление качению на дорогах с твердым покрытием,
особенно при высоких скоростях движения;
- значительно лучшую передачу тяговых и тормозных сил;
- лучшее восприятие боковых сил и более быструю реакцию на поворот руля
(высокую устойчивость и хорошую управляемость при движении автомобиля на
поворотах);
- возможность размещения тормозных дисков большего диаметра, причем,
тем большего, чем более плоская шина (больший посадочный диаметр обода в
сравнении с наружным диаметром шины).
Кроме того, широкопрофильные шины на прицепах и полуприцепах при
одинаковой грузоподъемности с тороидными имеют меньший диаметр, что
обеспечивает снижение погрузочной высоты грузовых платформ.
К недостаткам же этих шин можно отнести:
- большую массу (тем более, в сборе с колесами);
- большую стоимость, обусловленную стоимостью самих шин и более
дорогих колес;
31- большее требуемое пространство для размещения колес в надколесных
нишах, возможное уменьшение предельных углов поворота управляемых колес
(увеличение радиуса поворота);
- необходимость большего пространства для размещения запасного колеса,
что наиболее актуально для легковых автомобилей;
- ухудшение плавности хода за счет большей неподрессоренной массы, а
также повышенной жесткости самих шин (чем ниже профиль шины, тем она
жестче);
- повышенную склонность к аквапланированию (касается легковых
автомобилей).
Мировые тенденции и опыт ведущих зарубежных фирм в области
разработки новых шин показывают, что в настоящее время наиболее
перспективными для грузовых автомобилей являются так называемые целиком
металлокордные шины (ЦМК или «All-Steel» шины). Это радиальные
бескамерные шины с металлокордными каркасом и брекерным поясом, которые
занимают более 90 % в объеме выпускаемых в Европе шин для грузовых
автомобилей. Номенклатура ЦМК шин включает шины с посадочным
диаметром 17,5”; 19,5”; 22,5” и 24,5” с постоянным и регулируемым давлением
воздуха. Все большее распространение находят шины уменьшенного диаметра и
увеличенной грузоподъемности.
ЦМК шины обеспечивают грузовым автомобилям необходимый уровень
безопасности движения, особенно в экстремальных условиях эксплуатации и
при движении с максимальными скоростями. По комплексу большинства
основных эксплуатационных свойств, а также себестоимости производства эти
шины превосходят все известные конструкции шин для грузовых автомобилей.
Преимуществами ЦМК шин по сравнению с шинами комбинированной
конструкции (например, с нейлоновым кордом и металлокордом) являются:
- меньшая толщина каркаса, позволяющая получить большую толщину
подканавочного слоя протектора, что, в свою очередь, обеспечивает
возможность нарезания рисунка протектора после его износа и увеличивает
32ресурс работы шин, а также благоприятно влияет на их тепловую
нагруженность;
- минимальные гистерезисные потери, предопределяющие очень низкий
коэффициент сопротвления качению (не более 0,006);
- пониженная на 15…200С температура нагрева в процессе эксплуатации, что
уменьшает вероятность расслоения элементов покрышки и интенсивность
износа протектора и обеспечивает возможность движения с максимальными
скоростями не менее 130 км/ч;
- увеличенные на 10 % грузоподъемность и в 1,7…2,0 раза (до 200…210 тыс.
км) ресурс работы шин с учетом нарезания рисунка протектора после его износа
и 4…5-ти кратного его восстановления, что обусловлено высокой усталостной
прочностью каркаса и жесткостью каркаса и брекерного пояса. Также в связи с
этим ЦМК шины не разнашиваются;
- меньшая склонность к проколам;
- приспособленность к утилизации.
Недостатком ЦМК шин является низкий уровень ремонтопригодности при
повреждении корда.
1.4.4. Арочные шины
Арочные шины (рисунок 1.11) предназначены для специальных
(сочлененных) колесных машин, а также неполноприводных (типа 4х2)
грузовых автомобилей путем их установки на колеса ведущих мостов вместо
обычных сдвоенных тороидных шин [5].
Особенностью конструкции арочных шин по сравнению с тороидными
является большая в 2,5…3,5 раза ширина профиля при практически одинаковых
наружном диаметре и посадочном диаметре обода, а также уменьшенная
кривизна протектора. Последнее свойство обеспечивает работу грунтозацепов
по всей ширине беговой дорожки шины. Отношение ширины обода к ширине
профиля шины примерно 1,0.
33а) б)
Рисунок 1.11 – Арочные шины:
а – 1000х600 мод. М-213; б – 1140х700 мод. Я-146
Использование арочных шин способствует существенному повышению
проходимости автомобилей в условиях бездорожья. Они имеют значительные
радиальные деформации, обеспечивают низкие значения удельного давления на
опорную поверхность (примерно 0,09…0,12 МПа) и реализацию высокой силы
тяги. Хорошая самоочищаемость арочных шин обеспечивается широко
расставленными высокими (30…60 мм) грунтозацепами, малой насыщенностью
рисунка протектора (15…30 %) и высокой степенью деформации. При вращении
колеса деформированные участки шины восстанавливают первоначальную
форму и при этом отбрасывают прилипший грунт.
Однако при установке арочных шин в трансмиссии автомобиля возникают
динамические нагрузки, которые на размокших грунтах на 30…35 %, а на
сыпучем песке и снежной целине – в 1,5…2,0 раза выше, чем нагрузки в
трансмиссии при буксовании автомобиля с тороидными шинами. На дорогах же
с твердым покрытием возрастает коэффициент сопротивления движению
автомобиля, что приводит к увеличению расхода топлива, а также возникают
повышенные вибрации автомобиля.
Арочные шины – бескамерные, диапазон изменения внутреннего давления
воздуха в них составляет 0,06…0,25 МПа.
Арочные шины обозначаются двумя числами, например: 1140х700, где
первое число характеризует наружный диаметр шины D, а второе – ширину
профиля В в миллиметрах.
341.4.5. Пневмокатки
Пневмокатки (рисунок 1.12) применяются только на специальных колесных
машинах, работающих на сильно деформируемых
опорных поверхностях (сыпучий песок, снежная
целина, заболоченная местность). Они отличаются
от обычных тороидных шин (кроме отношения
Н/В) большим в 2…10 раз коэффициентом
ширины шины (В/D), меньшим посадочным
Рисунок 1.12 –
Пневмокаток диаметром (примерно в 4 раза меньше наружного
диаметра) и высокой эластичностью (площадь
контакта с опорной поверхностью в 2,5…3,0 раза больше, чем у обычных шин).
Пневмокатки обеспечивают еще более низкие значения удельного давления
на опорную поверхность (примерно 0,01…0,05 МПа) (рисунок 1.13) и
позволяют реализовывать еще более значительную силу тяги, чем на арочных
шинах.
Рисунок 1.13 – Зависимость удельного давления на грунт от вертикальной нагрузки на
пневмокатки фирмы «Роллигон»: 1 – 40х50-12; 2 – 54х68-25; 3 – 72х68-28
Пневмокатки – бескамерные, максимальная их радиальная деформация
составляет 0,25…0,35 D, диапазон изменения внутреннего давления воздуха –
0,01…0,07 МПа [5]. Они имеют бочкообразную форму, большой внутренний
объем, эластичный тонкий каркас, состоящий из двух – четырех слоев прочного
35Вы также можете почитать
